Mikroorganismen nutzen Geheimwaffe beim Stoffwechsel
Im globalen Kohlenstoffkreislauf haben Mikroorganismen verschiedene Methoden entwickelt, um Kohlenstoff zu binden. Forschende aus Bremen und Taiwan haben untersucht, welche Mechanismen an extrem heißen, sauren und schwefelreichen Hydrothermalquellen im Flachwasser vor der Insel Kueishantao (Taiwan) zum Einsatz kommen. Ein Team um Erstautorin Joely Maak vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen hat die Studie jetzt im Fachjournal Biogeosciences veröffentlicht.
Auch in flachem Meerwasser können extrem unwirtliche Bedingungen herrschen. Ursache dafür sind oft so genannte Hydrothermalsysteme, bei denen gelöste Stoffe aus dem Erdinneren an die Oberfläche gelangen. In der Tiefsee sind sie meist die einzige Energiequelle – Photosynthese ist in der Dunkelheit nicht möglich. Hydrothermalquellen kommen jedoch ebenso im flachen Küstenbereich vor, zum Beispiel an der Vulkaninsel Kueishantao im Osten Taiwans. Die Insel ist umgeben von Hydrothermalquellen, und zwar in geringen Wassertiefen von etwa zehn Metern. Hier gelangt heißes und säurehaltiges Wasser an die Oberfläche – und verändert die Chemie des Meerwassers. So entstehen extreme Bedingungen.
„Diese Schlote geben überhitztes, extrem saures Wasser in die darüber liegende Wassersäule ab. Man könnte meinen, dass ein solch extremer Ort leblos ist – aber in Wirklichkeit ist er voller Leben, denn gleichzeitig liefern die Quellen ständig chemische Energie in Form von reduzierten Verbindungen“, sagt Joely Maak, Erstautorin der Studie und Doktorandin am MARUM. Eines der dominierenden Lebewesen an solchen Hydrothermalsystemen ist der Mikroorganismus Campylobacteria. Seine „Geheimwaffe“, wie Maak es nennt, ist der reduktiver Tricarbonsäurezyklus, kurz rTCA. Dieser Zyklus ist ein biochemischer Weg, um Kohlenstoff in organische Moleküle und Biomasse umzuwandeln. Im Vergleich zu dem universell verwendeten Calvin-Zyklus müssen Organismen mit dem rTCA weniger energie-intensive Schritte durchlaufen. Das ist ihre Geheimwaffe, die es ermöglicht, in diesen extremen Umgebungen dominieren zu können.
„Die Erfassung von Isotopenverhältnissen hat es uns ermöglicht, den mit dieser 'Geheimwaffe' fixierten Kohlenstoff sogar bis in die dort lebende Krabbe zu verfolgen – ein Transfer, der so bislang nicht nachgewiesen werden konnte“, erklärt Dr. Solveig Bühring vom MARUM und Seniorautorin dieser Studie.
Originalveröffentlichung
Joely M. Maak, Yu-Shih Lin, Enno Schefuß, Rebecca F. Aepfler, Li-Lian Liu, Marcus Elvert, Solveig I. Bühring; "The energy-efficient reductive tricarboxylic acid cycle drives carbon uptake and transfer to higher trophic levels within the Kueishantao shallow-water hydrothermal system"; Biogeosciences, Volume 22, 2025-4-15
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